Автоматизированная система комплексного управления движением вагонов трамваев (аску двт) - RU2786278C1

Код документа: RU2786278C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к автоматическим системам управления, а в частности к автоматическим системам управления движением железнодорожного транспорта.

Обеспечение эффективного и безопасного движения трамвайного транспорта является одной из важнейших задач, решаемых с использованием автоматических систем управления.

Так, в соответствии с СП 98.13330.2018 («Трамвайные и троллейбусные линии») [https://docs.cntd.ru/document/554403220]:

- электрическую сигнализацию следует предусматривать автоматической (управляемой проходящим трамвайным поездом независимо от действий водителя) или телемеханической (осуществляемой оператором со специально оборудованного поста) (п.5.73);

- при установке на одном участке (узле, пересечении) трамвайных путей нескольких сигналов схема их включения должна обеспечивать взаимную увязку сигнальных показаний и автоматическую блокировку, не допускающих движение трамвайных поездов в противоположных направлениях;

управление стрелочными переводами следует проектировать автоматизированным (управляемым водителем из проходящего поезда) или централизованным (с телемеханическим дистанционным управлением оператором с поста управления) (п.5.74).

- для исключения перевода стрелок под проходящим трамвайным поездом следует предусматривать автоматическую блокировку стрелочных участков пути (п.5.75).

В частности, некорректная работа систем управления движения вагонов на перекрестках, а также ошибка водителя трамвая может привести к аварийным ситуациям, в том числе и к сходу трамвая с рельсов.

В целях обеспечения эффективного и безопасного движения трамвайного транспорта ранее были разработаны различные технические решения.

Из уровня техники известен способ ручного перевода стрелки ломом [https://zen.yandex.ru/media/oneminute/pochemu-voditeli-tramvaev-vynujdeny-perevodit-strelki-lomom-5d4952c0f2df2500ae39be41]. Основными недостатками данного способа является низкая скорость процесса перевода стрелки, и, как следствие, снижение пропускной способности трамвайной сети. Также в данной системе не предусмотрен контроль положения стрелки при проезде трамвая, что делает указанный способ недостаточно безопасным.

Также из уровня техники известна автоматическая система переключения стрелки, принцип работы которой основан на передаче тока через воздушный контакт к соленоидам, расположенным рядом со стрелкой [https://fishki.net/auto/3015102-kak-tramvaj-perevodit-strelki-i-povorachivaet.html ?utm_source=aab&sign=501954542152840%2С668570300251 058]. Основными недостатками данной системы являются следующие.

В указанной системе отсутствует контроль положения стрелочного перевода. Водитель должен существенно сбросить скорость движения трамвая (до 5 км/ч) и визуально убедиться в плотном прилегании перьев в требуемом положении.

При использовании указанной системы происходит высокий износ пантографа (за счет контакта пантографа с сериесными и шунтовыми контактами). Также возникает необходимость частого сервисного обслуживания воздушных контактов.

При использовании указанной системы существует вероятность ошибочного перевода стрелки водителем.

В указанной системе отсутствует возможность перевода стрелки в требуемое положение в связи с неблагоприятной дорожной ситуацией.

Указанная система позволяет осуществлять перевод только в зоне сериесных контактов (1 - 1.5 м.).

В случае использования указанной системы при буксировке трамвая другим трамваем водителю необходимо покидать свое место для отключения существующей автоматики, а после проезда стрелочного перевода заново включать автоматику. Это необходимо делать по той причине, что при проезде сериесных контактов буксирующий трамвай может перевести стрелку под буксируемым.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является высокочастотное бесконтактное устройство для управления стрелками швейцарской фирмы «Signaltechnik-Elektronik AG» [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B4#cite_note-Veklich2-8]. При выезде из депо водитель устанавливает матричный переключатель согласно номеру своего маршрута. Вагон при движении непрерывно излучает закодированный сигнал, который принимается антеннами каждой стрелки. Анализируя его, приемник определяет необходимое направление стрелки. В результате водитель не участвует в процессе управления стрелками и не отвлекается от дорожной ситуации https://patentimages.storage.googleapisxom/3a/03/af/b5de1c2a012bec/EP0430192A3.pdf

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82^o/oD1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B4#cite_note-Veklich2-8

Основными недостатками данного устройства является недостаточная безопасность, связанная с низкой точностью и стабильностью работы радиопередатчика

[https://alexradchenko.medium.com/%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BA%D0%B8-1c8eeed8946e].

Все существующие недостатки применяемых в настоящее время систем управления движением вагонов трамваев крайне негативно сказываются на скорости и безопасности проезда стрелочного перевода, что в свою очередь оказывает негативное влияние на исполнение графика расписания.

Таким образом, техническим результатом заявленного изобретения является повышение безопасности движения трамвайного транспорта, а также повышение пропускной способности трамвайной сети.

Технический результат заявленного изобретения обеспечивает система автоматического управления движением железнодорожного транспорта, включающая:

- считыватель электронных меток,

- контроллер считывателя идентификатора трамвайный,

- модем беспроводной связи,

- по меньшей мере одну входную электронную метку,

- по меньшей мере две выходные электронные метки,

- модуль управления шкафом трамвайной автоматики по радиоканалу стационарный,

- шкаф управления трамвайной автоматикой,

- стрелочный привод с функцией контроля положения стрелки,

- стрелочный перевод.

при этом каждая входная электронная метка установлена перед стрелочным переводом по ходу движения трамвая и соединена со считывателем электронных меток посредством радиосвязи в момент их совмещения, каждая выходная электронная метка установлена после стрелочного перевода по ходу движения трамвая на каждом из направлений пути и соединена со считывателем электронных меток посредством радиосвязи в момент их совмещения, считыватель электронных меток установлен на трамвае и соединен с контроллером считывателя идентификатора трамвайным, контроллер считывателя идентификатора трамвайный соединен с модемом беспроводной связи, модем беспроводной связи соединен с модулем управления шкафом управления трамвайной автоматикой по радиоканалу стационарным посредством радиосвязи в момент совмещения входной или выходной электронной метки со считывателем электронных меток, модуль управления шкафом управления трамвайной автоматикой по радиоканалу стационарный соединен со шкафом управления трамвайной автоматикой, шкаф управления трамвайной автоматикой соединен со стрелочным приводом с функцией контроля положения стрелки, стрелочный привод с функцией контроля положения стрелки соединен со стрелочным переводом.

В качестве варианта реализации, заявленная система может дополнительно включать маршрутно-путевой указатель, при этом маршрутно-путевой указатель соединен со шкафом управления трамвайной автоматикой.

В качестве варианта реализации, заявленная система может дополнительно включать модуль управления и контроля положения стрелок по радиоканалу бортовой (МУРБ), при этом МУРБ соединен с контроллером считывателя идентификатора трамвайным.

В качестве варианта реализации, заявленная система может дополнительно включать подсистему электрообогрева перьев стрелочного перевода, при этом подсистема электрообогрева перьев стрелочного перевода соединена со шкафом управления трамвайной автоматикой.

Как вариант, в качестве шкафа управления трамвайной автоматикой может быть использован шкаф управления трамвайной автоматикой типа ШУТА [http://stalenergo.ru/?page_id=7708] или любой другой шкаф управления трамвайной автоматикой, имеющий сходные функциональные свойства.

Как вариант, в качестве стрелочного привода с функцией контроля положения стрелки может быть использован стрелочный привод с функцией контроля положения стрелки ЭМПТ - 31К [https://elteza.ru/upload/ibloclc/fa5/privod-empt_31k.pdf], электропривод стрелочный для трамвайных переводов СПТ [https://termotron.ru/catalog/oborudovanie-dlya-gorodskogo-relsovogo-nazemnogo-transporta/tramvaynye-strelochnye-elektroprivody/tramvai.html] или любые другие стрелочные приводы с функцией контроля положения стрелки.

Также технический результат заявленного изобретения обеспечивает способ управления движением железнодорожного транспорта с использованием заявленной системы, включающий:

- считывание индикационного кода входной электронной метки считывателем электронных меток в момент подъезда трамвая к стрелочному переводу

- передачу индикационного кода входной электронной метки со считывателя электронных меток на контроллер считывателя идентификатора трамвайный

- передачу сигнала управления стрелочным переводом, соответствующего полученному индикационному коду, с контроллера считывателя идентификатора трамвайного на модуль управления шкафом управления трамвайной автоматикой по радиоканалу стационарный посредством модема беспроводной связи

- передачу сигнала управления стрелочным переводом, соответствующего полученному индикационному коду, с модуля управления шкафом управления трамвайной автоматикой по радиоканалу стационарного на шкаф управления трамвайной автоматикой

- передачу сигнала управления стрелочным переводом, соответствующего полученному индикационному коду, со шкафа управления трамвайной автоматикой на стрелочный привод с функцией контроля положения стрелки.

- перевод приводом стрелки в положение, соответствующее полученному сигналу управления стрелочный привод с функцией контроля положения стрелки

- блокировку передачи шкафом управления трамвайной автоматикой последующих сигналов управления стрелочным приводом с функцией контроля положения стрелки

- считывание индикационного кода выходной электронной метки считывателем электронных меток после проезда трамваем стрелочного перевода

- передачу индикационного кода выходной электронной метки со считывателя электронных меток на контроллер считывателя идентификатора трамвайный

- передачу сигнала разблокировки с контроллера считывателя идентификатора трамвайного на модуль управления шкафом управления трамвайной автоматикой по радиоканалу стационарный посредством модема беспроводной связи

- передачу сигнала разблокировки с модуля управления шкафом управления трамвайной автоматикой по радиоканалу стационарного на шкаф управления трамвайной автоматикой

- разблокировку передачи шкафом управления трамвайной автоматикой последующих сигналов управления стрелочным приводом с функцией контроля положения стрелки.

Заявленная система предназначена для управления стрелками, сигналами, и другими устройствами.

Заявленная система:

- осуществляет автоматический перевод стрелок для проезда трамвайного вагона по заданному маршруту;

- блокирует перевод стрелки под трамвайным вагоном;

- осуществляет перевод стрелки водителем трамвая без остановки движения с одновременным контролем положения стрелочного перевода;

- может осуществлять управление сигнальными показаниями светодиодных маршрутных указателей;

- может осуществлять управление электрообогревом стрелочных переводов в ручном и автоматическом режиме.

Из уровня техники известна технология RFID

[https://www.controltekusa.com/news/rfid-inventory-tracking/]. RFID (англ. Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) - способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках. Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая - интегральная схема (ИС) для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая - антенна для приема и передачи сигнала. Данная технология нашла применение в логистике, медицине, промышленности и других отраслях [http://www.fidis.net/resources/deliverables/hightechid/#c1782]. В рамках данной заявки RFID-метки называются электронными метками.

Управление стрелочным переводом, включенным в состав напольного оборудования, осуществляется автоматически по средствам считывателя электронных (RFID) меток, устанавливаемого на кронштейне, который крепится к кузову трамвая между путеочистителем и первой колесной парой, и электронных меток. В одном из вариантов исполнения заявленной системы управление стрелочным переводом (выбор положения стрелки, блокировка и разблокировка стрелочного перевода) может осуществляться водителем вручную с помощью планшетного компьютера из кабины. В этом случае работа устройств в составе заявленной системы также может контролироваться через планшетный компьютер.

Для перевода стрелочного перевода в требуемое положение в соответствие с маршрутом следования трамваю, оборудованному заявленной системой, не требуются воздушные контакты (могут быть сохранены для еще не оборудованных системой трамваев или демонтированы).

Система самостоятельно управляет стрелочным переводом и осуществляет автоматический перевод стрелки в зависимости от маршрута движения трамвая без участия водителя.

Функционал заявленной системы позволяет осуществлять перевод стрелки из кабины на любом участке видимости стрелочного перевода.

Система осуществляет контроль положения стрелки. В том случае, если система снабжена МУРБ, информация о текущем состоянии стрелочного перевода отображается на планшете, расположенном в кабине водителя. В том случае, если система снабжена маршрутно-путевым указателем, информация о текущем состоянии стрелочного перевода отображается на маршрутно-путевом указателе. В случае неплотного прилегания перьев к рамному рельсу на МУРБ и/или маршрутно-путевым указателе появляется запрещающая индикация.

Состав заявленной системы

Заявленная система состоит из следующих уровней:

- уровень сопряжения с бортовыми устройствами;

- уровень автоматического управления;

- уровень напольного оборудования.

Уровень сопряжения с бортовыми устройствами включает:

- Контроллер считывателя идентификатора трамвайный (КСИТ) [https://gisp.gov.ru/goods/#/product/3220108?], который является цифровым радиоэлектронным оборудованием с диапазоном рабочих частот от 2400 до 2480 МГц и обеспечивает беспроводную идентификацию транспорта, контроль перемещения относительно соответствующих постов. КСИТ предназначен для автоматизации процессов оперативного мониторинга (идентификации, сбора и передачи информации) режимов движения и перемещения трамваев по заданным участкам пути с передачей соответствующей информации в систему контроля и управления.

Также в качестве данного элемента заявленной системы могут использоваться любые другие контроллеры считывателя идентификатора трамвайные, функционально соответствующие указанным.

- Модем беспроводной связи (МБС) - аппаратно-программный комплекс приема/передачи информации с возможностью резервирования каналов связи LTE (МБС) [https://gisp.gov.ru/goods/#/product/3276836].

МБС участвует во взаимодействии МУРБ и КСИТ по проводному каналу, передает данные в КСИТ, обеспечивает передачу данных между КСИТ и МАРС по беспроводному каналу связи 868.

Также в качестве данного элемента заявленной системы могут использоваться любые другие модемы беспроводной связи, функционально соответствующие указанным.

- Модуль управления шкафом трамвайной автоматики по радиоканалу стационарный (МАРС) [https://gisp.gov.ru/goods/#/product/3220100], предназначенный для применения на трамвайном транспорте на путях общего и необщего пользования, в маневровых районах и трамвайных депо, в нецентрализованных и централизованных районах. МАРС является исполнительным устройством стрелочного перевода. Используется совместно с изделием МУРБ (модулем управления контроля положения стрелок), устанавливается в шкаф управления трамвайной автоматикой (ШУТА). Для управления переводом стрелок используют индивидуальное управление стрелками, а также при наличие стрелочных улиц может осуществляться групповое управление стрелками.

Также в качестве данного элемента заявленной системы могут использоваться любые другие модули управления и контроля положения стрелок по радиоканалу бортовые, функционально соответствующие указанным.

- В качестве дополнительного оборудования в составе заявленной системы может использоваться модуль управления и контроля положения стрелок по радиоканалу бортовой (МУРБ) [https://gisp.gov.ru/goods/#/producty3220102]. Данный модуль предназначен для передачи сигналов управления стрелочным переводом по средствам радиоканала на модуль управления шкафом трамвайной автоматикой по радиоканалу стационарный (МАРС), а также для восприятия команд статусов от исполнительного устройства и предоставления графического интерфейса для вагоновожатого трамвайного вагона.

- Считыватель электронных меток, который формирует и посылает через свои антенны радиосигналы высокой частоты на беспроводные электронные метки, которые принимают эти сигналы и переотражают их обратно в радиоэфир с идентификационной информацией. Считыватель производит прием, фильтрацию, первичную обработку переотраженных сигналов от датчиков, производит вычисления и передает данные в контроллер по интерфейсу RS-485 протоколу Modbus.

Как вариант, в качестве считывателя электронных меток может использоваться изделие СМИТ-01 [https://gisp.gov.ru/goods/#/product/3220112] (Представляет собой активный считыватель, предназначенный для установки на борту трамвая);

Также в качестве данного элемента заявленной системы могут использоваться любые другие считыватели электронных меток, функционально соответствующие указанным.

Уровень автоматического управления включает шкаф управления трамвайной автоматикой (ШУТА), предназначенный для непосредственного управления стрелочным приводом с функцией контроля положения стрелки. Сигналы управления могут поступать в изделие как от воздушных контактов, так и от беспроводных помехоустойчивых устройств, а также других устройств по принципу беспроводной передачи данных. Кроме того, в случае необходимости изделие может обеспечивать работу светодиодного маршрутного указателя СМУ - УБ и других типов.

ШУТА обеспечивает:

- микропроцессорное управление переключением стрелочного перевода водителем трамвая по традиционному алгоритму с использованием сигналов от существующих воздушных контактов;

- микропроцессорное управление переключением стрелочного перевода водителем трамвая с помощью беспроводных помехоустойчивых радиоустройств по защищенным протоколам обмена данных без использования воздушных контактов;

- автоматическую блокировку/разблокировку занятого/освобожденного стрелочного перевода;

- контроль положения остряков и тяги стрелочного перевода, а также диагностику схемы контроля положения стрелочного перевода;

- индикацию состояния стрелочного перевода на маршрутно-путевом указателе;

- защиту размещенной в ШУТА аппаратуры от грозовых и коммутационных перенапряжений;

- формирование управляющих и прием контрольных сигналов для привода стрелочного перевода, независимо от времени нахождения трамвая под воздушными контактами;

- защиту привода стрелочного перевода от коротких замыканий и перегрузок;

- удаленный мониторинг и диагностику работы системы управления стрелочным переводом.

ШУТА имеет, например, следующие модификации [http://stalenergo.ru/?page_id=7708]:

ШУТА - СЭ - 01, предназначен для подключения трамвайного электрогидравлического привода;

ШУТА - СЭ - 02; предназначен для подключения трамвайного электрогидравлического привода и обогрева;

ШУТА - СЭ - 03; предназначен для подключения трамвайного электромагнитного привода.

ШУТА - СЭ - 04; предназначен для подключения трамвайного электромагнитного привода и обогрева.

Также в качестве данного элемента заявленной системы могут использоваться любые другие шкафы трамвайной автоматики, функционально соответствующие указанным.

Уровень напольного оборудования включает:

- стрелочный привод с функцией контроля положения стрелки, устанавливаемый в земляной ящик и предназначенный для автоматического управления положением стрелочного перевода, а также в случае аварийной ситуации позволяет осуществлять перевод в ручном режиме. Привод оснащен датчиками положения, которые обеспечивают контроль обоих положений переводной тяги. К таким приводам относятся, например, стрелочный привод с функцией контроля положения стрелки ЭМПТ - 31К [https://elteza.ru/upload/iblock/fa5/privod-empt_31k.pdf], электропривод стрелочный для трамвайных переводов СПТ [https://termotron.ru/catalog/oborudovanie-dlya-gorodskogo-relsovogo-nazemnogo-transporta/tramvaynye-strelochnye-elektroprivody/tram Также в качестве данного элемента заявленной системы могут использоваться любые другие стрелочные приводы с функцией контроля положения стрелки, функционально соответствующие указанным.

- в качестве дополнительного оборудования в составе заявленной системы может использоваться маршрутно-путевой указатель СМУ - УБ [https://gisp.gov.ni/goods/#/product/2957929]. Данный модуль устанавливается на столбах, светофорных колонках или подвешивается на растяжках. Управление световым указателем осуществляется от шкафа трамвайной автоматики и позволяет контролировать любой отказ светового указателя.

Также в качестве данного элемента заявленной системы могут использоваться любые другие маршрутно-путевые указатели, функционально соответствующие указанным.

- электронные метки, которые устанавливаются до и после управляемых стрелочных переводов и не препятствуют проезду как трамвайного, так и автомобильного транспорта. Электронные метки обеспечивают передачу данных по радиоканалу на считыватель меток. Как вариант, в качестве электронных меток в составе заявленного изобретения может использоваться изделие МПИС-01 [https://gisp.gov.ni/goods/#/product/3220118]. Данное устройство представляет собой электронную метку, интегрированную в трамвайную плитку (ПД-57.46.12). Верхняя часть метки выступает на 3 - 5 мм из трамвайной плитки. МПИС-01 выполнена из высокопрочного жесткого корпуса, обеспечивающего длительный срок службы и устойчивость к ударам. Метки устанавливаются до и после управляемых стрелочных переводов и не препятствуют проезду как трамвайного, так и автомобильного транспорта, и обеспечивают передачу данных по радиоканалу на считыватель меток.

Также в качестве данного элемента заявленной системы могут использоваться любые другие электронные метки, функционально соответствующие указанным.

- в качестве дополнительного оборудования в составе заявленной системы может использоваться подсистема электрообогрева перьев стрелочного перевода предназначенная для исключения образования наледи на перьях стрелочного перевода. Подключение подсистемы электрообогрева перьев стрелочного перевода осуществляется путем завода существующего кабеля в шкаф ШУТА. Управление подсистемой электрообогрева перьев стрелочного перевода осуществляется с помощью программируемого логического контроллера, который контролирует состояние датчиков осадков и температуры наружного воздуха. При наличии осадков и температуры наружного воздуха ниже температуры включения, активируется функция обогрева остряков. Температура включения устанавливается равной 3°С (если проектом или заказчиком не определено иное). Каждый нагревательный элемент, независимо от других, при активной функции обогрева остряков включается при температуре остряка равной или ниже 3°С и выключается при достижении остряком температуры от 5 до 15°С (по согласованию с заказчиком).

- в случае модернизации существующего стрелочного перевода посредством заявленной системы могут использоваться датчики контроля положения стрелки, которые интегрируются в действующий стрелочный электропривод (соленоидного типа) методом сварки к земляному ящику и позволяют контролировать положение перьев стрелочного перевода. Датчики имеют разъем M12 для подключения специализированного кабеля, предназначенного для работы в тяжелых условиях эксплуатации.

Для обеспечения связи между напольными устройствами и шкафом управления трамвайной автоматики могут применяться следующие кабели:

Кабель обогрева стрелочного перевода (подключение ТЭНов), соответствующий следующим требованиям:

- напряжение потребителя не превышает 220 В;

- кабель должен быть бронированным, для исключения возможности повреждения токоведущих частей кабеля при частичной или полной прокладке кабеля под землей (в независимости от наличия защитных пластиковых кожухов/кабельканалов);